25 Ene 2021

Mejoramiento de fuentes proteicas a través de la fermentación en estado sólido



Las fuentes de proteínas son el segundo componente más importante en la dieta de las aves. Debido a la fluctuación en precio de la harina de soja y el aumento persistente en los precios de los alimentos, los nutricionistas han estado explorando fuentes alternativas de proteínas.

El reemplazo de la harina de soja con fuentes alternativas de proteínas en las dietas de los animales de granja podría reducir la competencia entre humanos y ganado por la soja y apoyar la producción de más proteína animal. Sin embargo, el uso de fuentes alternativas de proteínas se limita a una baja inclusión debido a la presencia de  factores antinutricionales como:

  • Glucosinolatos (harina de colza)
  • Gosipol (harina de semilla de algodón)
  • Polisacáridos no almidonosos (NSP) (en la mayoría)
  • Alto contenido de fibra (torta de palmiste)
  • Contenido fenólico total y ácido fítico (harina de canola)

Todos ellos conocidos por perjudicar el rendimiento animal, la digestibilidad de nutrientes y la utilización del alimento.

 Durante mucho tiempo se ha investigado en la industria de alimentos la fermentación en estado sólido (SSF, del inglés: Solid-state Fermented).

Un objetivo importante de SSF es la producción de enzimas, ácidos orgánicos y otros metabolitos, para mejorar la biodisponibilidad, inhibir las bacterias patógenas intestinales y reducir los factores antinutricionales (FAN) de las fuentes de proteínas vegetales, lo que resulta en mejor digestibilidad de los nutrientes, mejorando así el rendimiento y la salud intestinal de cerdos y aves.

Esta revisión tiene como objetivo describir el valor nutricional de los productos fermentados en estado sólido de harinas proteicas de origen vegetal.

Fermentación en estado sólido

El proceso de SSF implica microorganismos que crecen en materiales sólidos en condiciones controladas en ausencia de agua libre, sin embargo, el sustrato debe poseer suficiente humedad para asegurar el crecimiento y la actividad metabólica de los microorganismos.

La calidad de los productos fermentados en estado sólido depende en condiciones tales como

  • Humedad inicial
  • Tamaño de partícula
  • pH
  • Temperatura
  • Composición de medios
  • Esterilización
  • Actividad del agua

Debido a la humedad mínima requerida, solo un número limitado de microorganismos como la levadura y los hongos filamentosos y algunas cepas bacterianas pueden crecer bien.

El potencial de SSF es proporcionar al microorganismo seleccionado un entorno adecuado que sea similar a su hábitat natural. Bajo esta condición simulada, los microbios pueden modificar las propiedades físico-químicas de los sustratos, así como degradar el sustrato al producir una amplia gama de enzimas.

Además de las enzimas, también se utilizan metabolitos como los ácidos orgánicos.

  • El ácido cítrico, el ácido oxálico y el ácido láctico pueden ser secretados por cepas de Aspergillus niger, Aspergillus oryzae y Lactobacillus, respectivamente.

Efecto de alimentos fermentados en estado sólido en los animales de producción

La inclusión dietética de alimentos fermentados en estado sólido no tiene ningún efecto negativo sobre el rendimiento y la digestibilidad de los nutrientes en cerdos en crecimiento-finalización (Hu et al., 2016). Curiosamente, hay un interés creciente en incorporar fermentados en estado sólido en dietas para pollos de engorde debido a los beneficios de mejorar rendimiento y salud intestinal (Alshelmani et al., 2016, 2017a).

Ensayos de alimentación con harina de colza tratada con L. fermentum, E. faecium, S. cerevisiae y Bacillus subtilis mostraron una mejor ganancia de peso corporal y conversión alimenticia ratio en pollos de engorde (Chiang et al., 2010). Estos autores también encontraron mayores coeficientes de digestibilidad aparente para materia seca, energía y calcio, que las aves alimentadas con harina de colza sin fermentar.

 

En cerdo, el alimento fermentado mejoró los ecosistemas microbianos intestinales al reducir la población de bacterias coliformes y salmonella (Canibe y Jensen, 2012). La población microbiana, a su vez, produce ácidos grasos de cadena corta y, por lo tanto, reducen el pH intestinal. Esto también crea una barrera de defensa natural contra infecciones y patógenos.

Se observó que la altura de las vellosidades y la relación de profundidad de la cripta en el íleon y yeyuno mejoraron en pollos de engorde alimentados con dietas que contienen SSF en comparación con aves alimentadas con dieta de control de harina de soja (Chiang et al., 2010). Además, Hu et al. (2016) informaron que la inclusión dietética de harina de colza fermetada mejora la estructura y función del intestino delgado en pollos de engorde en comparación con harina de colza sin fermentar.

En el estudio de Sun et al. (2013b), la alimentación con harina de algodón fermentada dio como resultado una mejora en la morfología intestinal y animales más sanos, esto se pueden atribuir a:

1) Una relación directa entre la microflora intestinal y la salud intestinal. El aumento de la población de LAB podría inhibir la colonización de patógenos como bacterias coliformes y reducir la incidencia de sus efectos negativos sobre la estructura y el tejido intestinal

2) La descomposición de proteínas grandes en péptidos pequeños después de la SSF de la semilla de algodón

3) La reducción del gosipol libre

Estos hallazgos sugieren que la alimentación con SSF puede influir en el crecimiento de células epiteliales intestinales, aumento del área de superficie de la mucosa intestinal para la absorción de nutrientes y en la eficiencia de utilización de nutrientes en animales de granja.

Efecto de la fermentación en estado sólido sobre la composición nutricional de las fuentes de proteínas vegetales

Generalmente, la literatura disponible confirma la viabilidad de mejorar la composición de nutrientes de fuentes alternativas de proteínas con SSF. En particular, no se ha registrado ninguna disminución en el perfil nutricional.

La calidad de los productos obtenidos después de la SSF puede variar según el naturaleza del alimento, fuente de alimento, método de extracción de aceite, parámetros de almacenamiento y microorganismos utilizados. A continuación se citan algunos ejemplos.

 

Harina de canola

¿Qué efectos produce la harina de canola en la alimentación avícola?

Después de la extracción del aceite de la canola, el residuo obtenido (harina) se utiliza como fuente de proteína suplementaria para el ganado. La harina de colza contiene entre un 34% y un 38% de proteína cruda dependiendo de la cantidad de cáscara y el método de procesamiento. Sin embargo, la presencia de glucosinolatos limita su utilización especialmente para animales jóvenes (ver más en Utilización de harina de canola en la dieta de cerdos).

La alta fibra, el alto contenido de carbohidratos no digeribles y glucosinolatos, incluso a una baja concentración, son algunos de los factores que limitan el uso de la harina de canola en dietas para animales no rumiantes. Para maximizar la calidad nutricional de la harina de canola, estos ANF deben minimizarse.

  • La fermentación en estado sólido se ha utilizado para aumentar la biodisponibilidad de nutrientes y reducir el nivel de FAN.

La fermentación en estado sólido con Lactobacillus plantarum y Bacillus subtilis (Xu et al., 2011) aumentó la proteína cruda del 37,1% al 58,4%. Asimismo, la inoculación con Bacillus subtilis, Candida utilis y Enterococcus faecalis mostró un aumento en el contenido de proteína cruda del 42,11% al 44,63% (Hu et al., 2016).

  • Este aumento puede atribuirse a una disminución en el contenido de MS (debido al consumo de carbohidratos por parte de los microorganismos), así como la producción de proteína microbiana durante la SSF.

Además de la proteína cruda, la fermentación en estado sólido con L. plantarum y Bacillus subtilis aumentó el contenido de grasa cruda de la colza (Xu et al., 2011).

La fermentación en estado sólido también aumentó el porcentaje de extracto etéreo y disminuyó el contenido de fibra cruda (Hu et al., 2016).

  • La reducción de la fibra cruda se puede atribuir a las enzimas que degradan las fibras (hemicelulasa y celulasa) producidas por los microorganismos durante la SSF.

Por otro lado, la SSF redujo la concentración de taninos de 1,32% a 0,84%  (Hu et al. 2016), de glucosinolatos (Tripathi y Mishra, 2007) y de ácido fítico.

 

Harina de semilla de algodón

Harina de semilla de algodón en la alimentación porcina

Además del aumento en el contenido de proteína cruda, Tang et al. (2012) informaron de una reducción en el contenido de gosipol de 0,82 a 0,21 g/kg en semillas de algodón fermentadas en estado sólido. La reducción de gosipol puede deberse a la unión del gosipol libre a la proteína o aminoácidos producidos por microorganismos o enzimas microbianas degradando el gosipol o quizás por ambos mecanismos durante la SSF.

 

Torta (o harina) de palmiste

Es un subproducto de la extracción de aceite de granos de palma, se ha utilizado como fuente de energía para rumiantes y no rumiantes debido a su palatabilidad y contenido de proteína cruda. La limitación del uso de torta de palmiste en la alimentación de animales monogástricos se debe a un bajo equilibrio de aminoácidos, alto contenido de fibra no digerible, textura gruesa y altas concentraciones de NSP como manano, xilano y celulosa. Debido a la efectos adversos como reducción de la ingesta de alimento e indigestión observado en aves de corral, la inclusión dietética de torta de palmiste no excede el 40% (Alimon, 2004; Sundu et al., 2006).

Se obtuvo un aumento significativo en el contenido de proteína cruda de 18,76% a 32,79% cultivando con Trichoderma longiobrachiatum la harina de palmiste (Iluyemi et al., 2006).

  • El aumento de proteínas tiene en cuenta la reducción de peso del sustrato durante el cultivo, que resulta de la utilización del contenido de carbono por los microorganismos.

Además, Alshelmani et al. (2017b) informó una disminución significativa en el contenido de fibra cruda de la torta de palmiste después de la SSF con P. polymyxa y P. curdlanolyticus.

La fermentación en estado sólido con A. niger, A. oryzae y Aspergillus awamori redujo el contenido de grasa cruda en la torta de palmiste en relación a su forma no fermentada (Oliveira et al., 2018).

  • Esto pudo deberse a la hidrólisis de lípidos catalizada por la lipasa producida por los hongos durante el proceso de SSF.

 

Conclusiones 

La fermentación en estado sólido se presenta como una técnica de bioprocesamiento de bajo costo para mejorar la calidad de los nutrientes de fuentes alternativas de proteínas tales como harina de colza, harina de canola, harina de semilla de algodón y la torta de palmiste.

Es evidente que la inclusión dietética de la planta SSF pueden mejorar el rendimiento, la digestibilidad de los nutrientes y la microflora y morfología intestinal de los animales de granja

 



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